Giới thiệu: Một khách hàng chuyên sản xuất các cấu kiện đúc sẵn UHPC đã phải đối mặt với vấn đề độ bền không ổn định do sự biến động của nguyên liệu trong quá trình sản xuất các cấu kiện cầu và các sản phẩm đúc sẵn UHPC trong thời gian dài.Bằng cách áp dụng microsilica MSILI UH-94, kết hợp với công thức hợp lý và tối ưu hóa quy trình trộn, khách hàng đã cải thiện độ đồng nhất và độ đặc của hỗn hợp UHPC, giảm thiểu rủi ro biến động về cường độ nén sau 7 ngày và 28 ngày, giúp sản phẩm dễ dàng đạt được các yêu cầu về cường độ thiết kế kỹ thuật một cách ổn định, đồng thời cung cấp giải pháp nguyên liệu đáng tin cậy hơn cho sản xuất hàng loạt UHPC.
Bối cảnh sản xuất và nguồn gây dao động
Một khách hàng chuyên sản xuất các cấu kiện cầu và sản phẩm đúc sẵn UHPC. Khách hàng này đã phục vụ các dự án công trình trong thời gian dài, do đó có yêu cầu cao về cường độ nén, tính lưu động, độ đặc và tính ổn định giữa các lô sản phẩm.
Trong giai đoạn sản xuất ban đầu, công thức UHPC của khách hàng đã có nền tảng cường độ cao, nhưng trong quá trình thử nghiệm phối trộn liên tục và sản xuất hàng loạt, độ ổn định về cường độ vẫn chưa đạt yêu cầu. Dù sử dụng cùng một công thức, cùng tỷ lệ nước/vật liệu kết dính và cùng quy trình bảo dưỡng, cường độ nén của các mẫu thử thuộc các lô khác nhau vẫn có sự dao động; một số lô có tốc độ phát triển cường độ ban đầu chậm, và cường độ sau 28 ngày cũng khó duy trì ổn định trong khoảng mục tiêu.
Sau khi kiểm tra, khách hàng phát hiện ra rằng vấn đề không chỉ nằm ở sự tương thích của xi măng, cát thạch anh hoặc chất giảm nước, mà tính ổn định, mức độ hoạt tính, trạng thái phân tán và sự phù hợp về phân cấp hạt của nguyên liệu microsilica đang trở thành các biến số quan trọng ảnh hưởng đến tính ổn định về cường độ của UHPC.
UHPC là một hệ thống có tỷ lệ nước/xi măng thấp, hàm lượng bột cao và độ đặc cao. Các nghiên cứu công bố chỉ ra rằng bột silic là nguyên liệu then chốt trong UHPFRC/UHPC, ảnh hưởng đến các tính chất cốt lõi như cấu trúc vi mô, phản ứng thủy hóa, khả năng tự nén chặt, cường độ nén, cường độ uốn và độ bền. Do đó, đối với khách hàng sử dụng UHPC, bột silic không chỉ là chất độn thông thường, mà là nguyên liệu chức năng quan trọng quyết định sự ổn định về cường độ và độ đặc của hệ thống.
Bốn vấn đề làm giảm tính ổn định giữa các lô
Hệ thống UHPC hiện tại của khách hàng chủ yếu gặp phải các vấn đề sau:
1. Sự dao động giữa các lô nguyên liệu ảnh hưởng đến tính ổn định của cường độ
Bột silic vi mô thông thường mà khách hàng sử dụng trước đây có sự khác biệt nhất định giữa các lô, thể hiện qua hàm lượng SiO₂, độ hoạt tính, độ mịn, trạng thái kết tụ và hiệu quả phân tán không đủ ổn định. Đối với bê tông thông thường, những biến động này có thể chỉ gây ảnh hưởng hạn chế; nhưng trong hệ thống UHPC, do tỷ lệ nước/xi măng thấp, lượng bột sử dụng cao và yêu cầu nghiêm ngặt về sự xếp chồng của hạt, sự biến động của microsilica sẽ bị khuếch đại rõ rệt, cuối cùng phản ánh lên cường độ nén và trạng thái vữa.
2. Độ bền ban đầu và độ bền sau 28 ngày không đủ ổn định
Trong một số lô sản phẩm, các mẫu thử của khách hàng có tốc độ tăng cường độ ban đầu chậm hơn bình thường, đồng thời cường độ nén sau 28 ngày cũng có sự phân tán. Mặc dù một lần thử nghiệm có thể đạt được cường độ cao, nhưng khách hàng quan tâm nhiều hơn đến khả năng đạt tiêu chuẩn một cách ổn định trong quá trình sản xuất công nghiệp, chứ không phải giá trị cao nhất của một lần thử nghiệm cụ thể.
3. Độ đồng nhất của hỗn hợp vữa chưa đủ, ảnh hưởng đến độ đặc bên trong
Điều kiện tiên quyết để đảm bảo độ bền ổn định của UHPC là sự phân bố đồng đều của các hạt bên trong hỗn hợp, cấu trúc lỗ rỗng mịn và vùng chuyển tiếp giữa các bề mặt phải đặc chắc. Nếu các cụm microsilica không thể phân tán hiệu quả trong hệ thống, hiệu ứng lấp đầy vi mô và hiệu quả phản ứng tro núi lửa sẽ bị suy yếu, dẫn đến sự gia tăng các vùng yếu cục bộ, từ đó ảnh hưởng đến độ ổn định của độ bền.
4. Phải điều chỉnh công thức nhiều lần, hiệu quả thử nghiệm thấp
Do tính ổn định của nguyên liệu chưa đủ, khách hàng phải thường xuyên điều chỉnh lượng chất giảm nước, tỷ lệ nước/vật liệu kết dính, thời gian trộn và tỷ lệ bột, làm tăng thời gian thử nghiệm và chi phí xác minh kỹ thuật. Đối với khách hàng sử dụng các cấu kiện đúc sẵn UHPC, sự không ổn định này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ giao hàng sản phẩm.
Lý do chọn UH-94 và cách thiết kế thử nghiệm
Để giải quyết vấn đề cốt lõi của khách hàng là “có thể đạt được độ bền cao, nhưng các lô sản phẩm không đủ ổn định”, chúng tôi đề xuất khách hàng thay thế microsilica thông thường hiện có bằng microsilica bán cô đặc UH-94, làm vật liệu hoạt tính silic cốt lõi trong hệ thống UHPC.
1. Tại sao nên chọn microsilica UH-94?
Yêu cầu đối với microsilica trong hệ thống UHPC không chỉ là “mịn”, mà còn bao gồm hàm lượng SiO₂ cao, ít tạp chất, tính hoạt tính ổn định và khả năng lấp đầy hạt tốt. Một khách hàng chuyên nghiệp cùng lĩnh vực của chúng tôi đang sử dụng chính sản phẩm MSILI UH-94 này. Thông qua vật liệu hoạt tính silic có độ ổn định cao hơn, sản phẩm này cung cấp nền tảng phản ứng tro núi lửa và khả năng lấp đầy vi mô có thể kiểm soát tốt hơn cho hệ thống UHPC.
2. Tại sao nên chọn loại bán kết tụ?
Khách hàng không chỉ cần “hoạt tính cao”, mà còn cần microsilica có khả năng phân tán ổn định tốt hơn trong hệ thống UHPC. Các nghiên cứu công khai chỉ ra rằng, sự kết tụ của microsilica dạng nén có thể được phân tán lại thông qua việc tối ưu hóa phương pháp trộn, hiệu quả phân tán này liên quan đến phụ gia, thành phần tỷ lệ phối trộn và tỷ lệ nước/bột; trong điều kiện hàm lượng bột cao, tỷ lệ nước/bột thấp, chất giảm nước hiệu quả cao và điều kiện trộn có độ cắt cao, các cụm kết tụ của microsilica có thể được phân tán hiệu quả.
Ưu điểm của microsilica MSILI UH-94 nằm ở chỗ, nó dễ dàng phân tán trong hệ thống UHPC hơn so với microsilica dạng nén hoàn toàn, đồng thời lại có lợi hơn so với microsilica dạng lỏng thông thường trong việc duy trì sự ổn định giữa các lô sản phẩm. Đối với vấn đề hiện tại của khách hàng, loại bán nén không chỉ đơn thuần nhằm mục đích “dễ sử dụng”, mà còn để đạt được sự cân bằng giữa tính hoạt tính, khả năng phân tán và độ ổn định.
3. Ý tưởng cốt lõi của giải pháp
Giải pháp lần này không chỉ đơn thuần là thay thế nguyên liệu, mà là tối ưu hóa hệ thống xoay quanh tính ổn định về cường độ của UHPC:
- Thứ nhất,
- thay thế microsilica thông thường có độ dao động lớn bằng microsilica MSILI UH-94; thứ hai, duy trì tỷ lệ pha trộn microsilica trong khoảng hợp lý, tham khảo tỷ lệ 15-25% so với khối lượng xi măng thường được sử dụng trong UHPC
- ; thứ ba, tối ưu hóa trình tự trộn khô và trộn ướt để nâng cao hiệu quả phân tán của microsilica trong hệ thống
- thứ tư, đánh giá độ ổn định của công thức thông qua độ chảy, cường độ sau 7 ngày, cường độ sau 28 ngày và độ phân tán của cường độ
- Thứ năm, điều chỉnh tinh vi liều lượng chất giảm nước và quy trình trộn dựa trên kết quả thử nghiệm, thay vì liên tục điều chỉnh lớn công thức chính.
Cấp phối, trình tự trộn và kết quả thử nghiệm
1. Thiết kế công thức tham khảo
Hiện tại, khách hàng đang sử dụng hệ thống bao gồm xi măng, microsilica, bột thạch anh, cát thạch anh, nước, chất giảm nước polycarboxylate và sợi thép, với yêu cầu cường độ trên 120 MPa.Đề xuất tỷ lệ phối trộn tham khảo như sau: xi măng 1, bột silic 0,25, bột thạch anh 0,35, cát thạch anh 1,10, nước 0,25, chất giảm nước 0,0012, sợi thép với hàm lượng 2% theo thể tích.
| Nguyên liệu | Tỷ lệ tham khảo |
|---|---|
| Xi măng | 1 |
| Bột silic vi mô UH-94 | 0,25 |
| Bột thạch anh | 0,35 |
| Cát thạch anh | 1,10 |
| Nước | 0,25 |
| Chất giảm nước polycarboxylate | 0,0012 |
| Sợi thép | 2% theo thể tích |
Điểm mấu chốt của công thức này không chỉ đơn thuần là tăng tỷ lệ trộn bột silic, mà còn là tối ưu hóa phân bố kích thước hạt giữa bột silic siêu mịn, xi măng, bột thạch anh và cát thạch anh, từ đó nâng cao độ đặc của hỗn hợp UHPC và giảm thiểu rủi ro dao động về cường độ.
2. Tối ưu hóa quy trình trộn
Quy trình chế tạo UHPC như sau: Đầu tiên, trộn khô bột silic với cát thạch anh ở tốc độ thấp trong 5 phút, tận dụng lực va chạm giữa các hạt cứng để phá vỡ các cụm kết tụ của bột silic; sau đó thêm xi măng và bột thạch anh vào tiếp tục trộn khô trong 5 phút; cuối cùng thêm nước và chất giảm nước polycarboxylate, giúp hệ thống dần chuyển từ trạng thái kết tụ sang trạng thái phân tán lơ lửng; sợi thép được thêm vào sau khi hỗn hợp đã hình thành và trộn ở tốc độ cao trong 2 phút.
Trong quá trình thử nghiệm, khách hàng đã áp dụng phương pháp này, tập trung vào hai khâu “phá vỡ các cụm kết tụ của microsilica” và “tạo thành hỗn hợp đồng nhất”, thay vì tăng liều lượng chất giảm nước một cách mù quáng. Điều này giúp giảm sự chênh lệch về cường độ do sự phân tán không đồng đều ở một số vùng.
3. Tham khảo kết quả về độ chảy
Theo hồ sơ thử nghiệm, độ lan rộng của UHPFRC lần lượt là 260 mm, 260 mm và 265 mm, đều thuộc loại UHPC có tính dính và khả năng tự nén, đáp ứng yêu cầu. Sau khi khách hàng thử nghiệm microsilica MSILI UH-94, trạng thái hỗn hợp trở nên đồng nhất hơn, độ lưu động dễ dàng duy trì trong phạm vi ổn định, tạo nền tảng cho sự ổn định về cường độ trong các giai đoạn tiếp theo.
4. Tham khảo kết quả độ bền
Trong điều kiện sấy khô ở nhiệt độ thường, cường độ nén sau 7 ngày là 108,07 MPa, cường độ nén sau 28 ngày là 139,21 MPa.
Đối với khách hàng, giá trị ứng dụng của microsilica MSILI UH-94 không chỉ nằm ở việc theo đuổi cường độ cao nhất trong một lần thử nghiệm, mà còn giúp công thức đạt được khoảng cường độ mục tiêu một cách ổn định hơn.
5. Tóm tắt kết quả thử nghiệm của khách hàng
Trong quá trình thử nghiệm công thức của khách hàng, sau khi sử dụng microsilica MSILI UH-94, hệ thống UHPC đã thể hiện những cải thiện sau:
- Thứ nhất, độ đồng nhất của hỗn hợp vữa được cải thiện, trạng thái phân tán của bột ổn định hơn
- Thứ hai, độ dao động của độ chảy và độ lan rộng giảm, trạng thái hỗn hợp dễ kiểm soát hơn; Thứ ba,
- sự phát triển cường độ sau 7 ngày ổn định hơn, số lô có cường độ ban đầu thấp giảm đi; Thứ tư,
- độ phân tán của cường độ nén sau 28 ngày giảm, dễ dàng đạt được khoảng cường độ mục tiêu một cách ổn định hơn; Thứ năm, tần suất điều chỉnh công thức giảm, khách hàng không còn cần phải thường xuyên thay đổi tỷ lệ nước/xi măng hoặc liều lượng phụ gia để bù đắp cho sự biến động của nguyên liệu.
Chuyển giao sản xuất và đánh giá kỹ thuật
1. Nội dung bàn giao
Việc bàn giao dự án lần này không chỉ đơn thuần là cung cấp bột vi silic MSILI UH-94, mà còn cung cấp các khuyến nghị lựa chọn toàn diện nhằm đảm bảo tính ổn định về cường độ của UHPC, bao gồm:
- Khuyến nghị về các chỉ tiêu chất lượng microsilica
- Khuyến nghị về liều lượng tham khảo cho UHPC; Khuyến nghị về sự phù
- hợp của phân cấp bột thạch anh và cát thạch anh; Khuyến nghị về
- trình tự trộn khô và trộn ướt; Khuyến nghị về sự
- phù hợp của chất giảm nước
- Khuyến nghị về việc kiểm chứng cường độ sau 7 ngày và 28 ngày; Khuyến nghị về việc theo dõi
- tính ổn định giữa các lô sản phẩm.
2. Kết luận sau khi tổng kết
Sau khi tổng kết, có thể thấy bản chất của vấn đề ban đầu mà khách hàng gặp phải không phải là “công thức UHPC không thể đạt được cường độ cao”, mà là “sự biến động của nguyên liệu chính dẫn đến độ ổn định về cường độ không đủ”.
Trong hệ thống UHPC, bột silic siêu mịn đảm nhận đồng thời ba vai trò:
- Thứ nhất, với vai trò là chất độn siêu mịn, lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ giữa các hạt xi măng và bột thạch anh
- Thứ hai, với vai trò là vật liệu silic hoạt tính, tham gia vào phản ứng tro núi lửa, thúc đẩy quá trình hình thành gel C-S-H; Thứ ba,
- với vai trò là một phần của hệ thống phân cấp hạt, ảnh hưởng đến tính lưu biến, độ đầm đặc và cấu trúc giao diện của hỗn hợp.
Khi tính ổn định giữa các lô microsilica không đảm bảo, cả ba chức năng này đều bị ảnh hưởng. Sau khi thay thế bằng microsilica MSILI UH-94, hệ thống UHPC của khách hàng đã đạt được nền tảng hoạt tính ổn định hơn và trạng thái phân tán dễ kiểm soát hơn, từ đó giảm thiểu rủi ro dao động về độ bền.
3. Giá trị của trường hợp điển hình
Trường hợp này cho thấy, khi khách hàng UHPC lựa chọn microsilica, không nên chỉ xem xét giá cả, cũng không nên chỉ dựa vào chỉ số SiO₂ đơn lẻ. Yếu tố thực sự ảnh hưởng đến sự ổn định trong sản xuất chính là tính năng tổng hợp của microsilica, bao gồm độ hoạt tính, độ mịn, trạng thái kết tụ, khả năng phân tán, tính nhất quán giữa các lô sản phẩm, cũng như mức độ tương thích với hệ thống xi măng, bột thạch anh, cát thạch anh và chất giảm nước.
Giá trị của microsilica MSILI UH-94 nằm ở việc giúp khách hàng đưa UHPC từ giai đoạn “đạt được độ bền cao trong phòng thí nghiệm” tiến tới giai đoạn “sản xuất ổn định trong công trình”.
Bài học từ nghiên cứu UHPC này
Đối với khách hàng sử dụng UHPC, sự không ổn định về cường độ thường không phải là vấn đề của một thông số duy nhất, mà là kết quả của sự tương tác giữa nguyên liệu, phân cấp hạt, độ phân tán, quá trình trộn và bảo dưỡng. Trong đó, microsilica, với tư cách là phụ gia khoáng hoạt tính cốt lõi trong hệ thống UHPC, có ảnh hưởng quyết định đến sự ổn định của cường độ.
Trong trường hợp này, khách hàng đã khắc phục được vấn đề độ bền không ổn định do sự biến động của nguyên liệu bột silic siêu mịn ban đầu bằng cách áp dụng bột silic siêu mịn MSILI UH-94, từ đó nâng cao tính đồng nhất của hỗn hợp UHPC, sự phát triển độ bền và tính ổn định giữa các lô sản phẩm.
Đối với các khách hàng đang sản xuất các cấu kiện cầu UHPC, tấm đậy, cấu kiện đúc sẵn cường độ cao, sản phẩm RPC và vật liệu kết nối lắp ghép, microsilica MSILI UH-94 có thể được xem là giải pháp microsilica chuyên dụng cho UHPC, kết hợp giữa tính hoạt tính cao, khả năng phân tán và tương thích tốt cùng độ ổn định cao.
